第六章-新

2. 硬质合金、陶瓷、立方氮化硼、金刚石刀具
(1)切削刃微崩 (2)切削刃或刀尖崩碎
(3)刀片或刀具折断 (4)刀片表层剥落 (5)切削部位塑性变形 (6)刀片的热裂
二.刀具破损的防止
‫)1( ﻻ‬合理选择刀具材料的种类和牌号。 ‫)2( ﻻ‬合理选择刀具几何参数。
得到效果较好的切削液。
五.切削液的选用原则
• 1．粗加工 选用冷却性能为主的切削液——离 子型切削液或3％～5％乳化液。 硬质合金刀具一般不用切削液。如果要用，必 须连续地、充分地浇注。 较低速切削时，选用以润滑性能为主的切削油； 较高速切削时，选用离子型切削液和乳化液。
• 2．精加工 切削液的主要作用是减小工件表面 粗糙度和提高加工精度。
一.固体金属的接触
固体的表面从微观看来分布着许多“峰”和 “谷”，两个固体金属叠放在一起，当它们之 间的压力不很大时，只有一些峰点互相接触 。
刀－屑之间微观凸起的互相接触，简化为 理想的球面对球面、平面对球面，平面对 圆柱面、圆柱面对圆柱面等的组合。 载荷不很大，峰点周围的材料很容易超过 弹性极限。 平均压应力为： m 3 e
情况称之为破损。刀具破损的型式包括：
烧刃、卷刃、崩刃、断裂、表层剥落等
一.刀具破损的主要型式 1. 工具钢、高速钢刀具
• 该类刀具切削用量过大，切削速度过高时，切削刃 和刀尖部分变色 ，称为“烧刀”或“相变磨损” 。 • 热处理不当，没有达到应有的硬度 ，切削刃和刀 尖部分产生“塑性变形”，精加 工、薄切削刀具(如拉刀、铰刀)上 会产生“卷刃”。 • 钻头、丝锥、拉刀、立铣刀等， 当切削负荷过重、刀具材料中 有缺陷或刀具设计不当时，其 工作部分或夹固部分会产生折断。 高速钢麻花钻的折断
Ar1 = Aa1 ，则 Ff A s Aa12，按定 Fn ,摩擦 触，实际接触面积 r 触, F F f 2 s s s 义 F f1 ( x) ， 2 F =常数 力 2 s n2 n2 s
s
里，刀－屑的摩擦 情况下，s =常数 服从古典法则。由 (x) 随x的增大而 于I区Ar1=Aa1，Ⅱ区 减小 ，因此1是 的冷焊面积比I区的 变量，在刀刃处 小，因而摩擦力比I 为最小，随x增大 区的小.但 2比1 大, 而增大，在A处 这是因为载荷（法 达最大值。在I区 应力）分布不均匀， s Ⅱ区的 比I区的 里，刀－屑的摩 (x) 小的缘故。 擦不服从古典摩
※普通的使用方法是浇注法
※深孔加工时应采用高压冷却
法
※喷雾冷却法是一种较好的使
用 切削液的方法。 返回
第五节 刀具磨损 • 刀具磨损的显著特点
与前刀面接触的切屑底面不存在氧化膜等 的污染；前、后刀面上的接触压力很大， 接触面温度也很高。因此，磨损时存在着 机械，热和化学作用以及摩擦、粘结、扩
散等现象 。
Fn 1 Ar A A s s
刀－屑的紧密型接触示意图
OA称为紧密型接触区，简称I区或前区
AB区称为峰点型接触区，简称Ⅱ区或后区
返回
三.固体金属表面的氧化膜和吸附膜
• 在切削加工中，切屑的新生表面暴露在空气中，空气便 在这新生表面上形成吸附膜，空气中的氧与新生表面层 起化学反应而形成氧化膜。吸附膜稳定性较差，随着温 度的升高，解吸能力逐渐增大。氧化膜相对来说是比较 稳定的，但是比较脆，容易破碎。两个相接触的金属作 相对滑动，摩擦主要发生在膜层之内，这时摩擦系数较 小。通过实验发现，摩擦面上的氧化膜和吸附膜有显著 的润滑作用。
第六章 切削摩擦学
第一节 金属切削时的摩擦特点 第二节 金属切削的摩擦机理
第三节 切削时的摩擦系数
第四节 切削液
第六章 切削摩擦学
第五节 刀具磨损
第六节 刀具破损
第七节 合理耐用度的选用原则
第一节 金属切削时的摩擦特点
பைடு நூலகம்
•关于固体滑动摩擦，阿门吞(Amontons)已于 1699年得出如下两条法则： •1) 摩擦力与名义接触面积大小无关。 •2) 摩擦力与法向载荷大小成正比。 •可是在切削时，刀－屑和刀－工的滑动摩擦 并不服从阿门吞的这两条法则。
影响切削液润滑性能的因素
•切削液的渗透性 渗透性取决于它液体的表面张力和粘度，表 面张力和粘度大时，渗透性较差。 •切削速度 切削速度越高，切削液的润滑效果越低。
四.切削液的添加剂
1.油性添加剂
油性添加剂含有极性分子，能与金属表面形 成牢固的吸附薄膜，主要起润滑作用，减少 前刀面与切屑、后刀面与工件接触面的摩擦。 但这种吸附薄膜只能在较低温度下起到较好 的润滑作用。所以，它主要用于低速精加工 的情况。
一.刀具磨损的形态
1 前面磨损 前面上形成月牙洼磨损 2 后面磨损 后面的磨损形式是磨成 后角等于零的磨损棱带。 3 前后面同时磨损或边界磨 损 兼有上述两种情况的磨损 形式。在切削塑性金属时， 经常会发生这种磨损。
刀具磨损的测量位置
二.刀具磨损的机理
1. 硬质点磨损
工件材料中的杂质在刀具表面上擦伤，划出一条 条的沟纹造成的机械磨损。
二.切削液的作用
1．冷却作用 2．润滑作用 3．清洗作用 4．防锈作用
三.切削液的润滑机理
切屑与前刀面 之间存在着微小
间隙，形成毛细 管现象，间隙与 大气压之间有气 压差、切屑与前 刀面之间的相对 运动将形成泵吸 作用。
• 在切削区的工件表面和剪切面上，存在着许多微小裂纹， 由于切削热的作用，汽化的切削液分子直接从这些裂纹 渗透并吸附在表面内和剪切面上，渗透的切削液，在刀 具与切屑、工件的接触面上形成吸附薄膜，起到润滑作 用。
——刀－屑单位接触面积上的平均法应力。
按照阿门吞的摩擦第二条法则， 是常数，与 的大小无关。
通过切削实验可知：在切削速度很低的情况下， 只要前角增大，法应力明显减小，可是切应力 却几乎不变，这就违反了阿门吞第二条法则 。 返回

第二节 金属切削的摩擦机理 一.固体金属的接触 二.刀－屑的接触 三.固体金属表面的氧化膜和吸附膜 四.接触峰点的冷焊 五.刀－屑的摩擦过程
刀－屑名义接触面积为
A aw L
L ——刀－屑接触长度。
aw ——切削宽度；
得式 当 小于 s时，Ar小于 A，这时的接触是一些峰 点接触，称为峰点型接触。 当 增大到与 s 相等，实际接触面积等于名义 接触面积，若再增大法应力，实际接触面积也 不会再增大，而是以名义接触面积为极限值。 这种接触称为紧密型接触（如图）。
2.极压添加剂
常用的极压添加剂是含硫、磷、氯等的有机
化合物。这些化合物在高温下与金属表面起
化学反应，形成化学润滑膜，可在边界润滑 状态下防止金属界面直接接触，减少摩擦， 保持润滑作用。
3.表面活性剂
乳化剂是一种表面活性剂。它是使矿物油和水乳 化，形成稳定乳化液的添加剂。表面活性剂是一 种有机化合物。 此外还有防锈添加剂(如亚硝酸钠、石油磺酸钠等)、 抗泡沫添加剂(如二甲基硅油)和防霉添加剂(如苯 酚等儿根据具体要求，综合添加几种添加剂，可
• 带状切屑开始时，冷焊面积小于实际接触
面积，随着切削经历时间的增长冷焊面积
才逐渐增大，刀－屑间的摩擦系数和摩擦 力也才逐渐增大。
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五.刀－屑的摩擦 • 刀－屑之间如果形成了峰点的冷焊，那么
在相对滑动时，所形成的冷焊结必然受到
剪切破坏。与此同时一些新的冷焊结又要 形成，以保持原有实际接触面积的大小。 可见刀－屑的摩擦过程也就是不断地更换 冷焊结的过程刀－屑的摩擦过程也就是不 断地更换冷焊结的过程。 返回
第三节 切削时的摩擦系数
冷焊结受到剪切破坏时表现出来的抗剪力便是摩
擦力的主要组成部分，为 s Ar，摩擦力的组成中另一
部分是耕犁力 Fp 。
总摩擦力为
Ff s Ar Fp
由于 Fp 远小于抗剪力，可忽略不计，则
F f s Ar
在I区里，刀－屑接触属紧密型接 2 是常数，在Ⅱ区 在Ⅱ区里,刀－屑接触属峰点型接 切削温度很低的
擦法则。
刀－屑界面上法应力和切应力的分布
• 刀－屑的摩擦力等于前后区摩擦力之和
s L F f s awl1 aw l ( x)dx s
1
•刀－屑平均摩擦系数
s L s l1 ( x)dx s l
1
av
Ff Fn

( x)dx
0
L
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第四节 切削液 一.切削液的分类
1．非水溶性切削液 主要是切削油，其中有各种 矿物油、动植物油和加入油 性、极压添加剂配制的混合油
2．水溶性切削液 主要有水溶液和乳化液。前者的主要成分为水并加入防 锈剂。后者是由矿物油、乳化剂及其它添加剂配制的乳 化油和95％～98％的水稀释而成的乳白色切削液。 离子型切削液是水溶性切削液中的一种新型切削液。
2.粘结磨损
在一定的压力和温度作用下，磨擦面上产生塑性 变形，形成粘结点，这些粘结点又因相对运动而破裂， 粘结点的破裂也常常发生在刀具一方面被工件材料带 走，从而形成刀具的粘结磨损。
3. 扩散磨损
扩散磨损在高温下产生。切削金属时，切屑、工件 与刀具接触过程中，双方的化学元素 在固态下相 互扩散，改变了材料原来的成分与结构，使刀具表
层变得脆弱，从而加剧了刀具的磨损。
4.化学磨损
在一定温度下，刀具某些周围介质起化学作用，在 刀具表面形成一层硬度较低的化合物，而被切屑带走 加速刀具磨损；或者因为刀具材料被某种介质腐蚀， 造成刀具的磨损。
三. 刀具磨损过程及磨钝标准
1刀具的磨损过程 1）初期磨损阶段 2）正常磨损阶段 3）急剧磨损阶段


发生塑性流动的面积
A
m
返回
Fw
二.刀－屑的接触 切削时，可以想象前刀面上有许多微小峰 点，其凸峰都是理想的球状；而切屑可以 想象为硬度比前刀面软的平面。 刀－屑间实际接触面积
Ar
s
Fn
A——刀－屑实际接触面积； r s ——切屑材料的压缩屈服应力；
Fn ——切屑作用在前刀面上的法向力。
示，单位为分钟。 刀具寿命是表示一把新刀从投 入切削起，到报废止总的实际切 削时间。
1 切削速度与刀具耐用度的关系
vc T m C0
2 进给量和背吃刀量与刀具耐用度的关系
f T m1 C1 m2 asp T C2
3 刀具耐用度的经验公式
T CT
1 Vcm
2刀具的磨钝标准
国际标准规定1/2切削深度处
后面上测量的磨损带宽度VB作为刀
具的磨钝标准。
精加工刀具，以沿工件径向的
刀具磨损尺寸作为刀具的磨钝标准，
称为刀具的径向磨损量NB。
四. 刀具耐用度的经验公式刀具刀具耐用度的分布
刀具耐用度的定义：
刀具由刃磨后开始切削一直到磨
损量达到刀具磨钝标准所经过的
总切削时间。刀具耐用度以T表
f
1 m1
1 m a sp 2
令
1 1 1 x ,y ,z m m m2
则
T
CT
x vc
f

z a sp
4 刀具耐用度的分布 通过刀具磨损过程的分析和实验表明，刀具磨损
耐用度的变化规律服从正态分布或对数正态分布。
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第六节 刀具破损
在切削加工中，刀具经常不经过正常磨损，
而在很短时间内突然损坏以致失效。这种
• 金属切削过程中摩擦的特点 直角自由切削，假设 刀具绝对锋利，后刀 面不与工件接触。仪器 测得 Fz 和 Fy
Ft Fz sin o Fy cos o
Fn Fz cos o Fy sin o
Ft / A Fn / A
得


——刀－屑单位接触面积上的平均切应力；
钢件加工时，切削液应具有良好的渗透性、 润滑性和一定的冷却性。
精加工铜及其合金、铝及其合金或铸铁时，用离 子型切削液或10％～12％乳化液。 • 3．难加工材料的切削 化液。 • 4．磨削加工 一般磨削加工常用乳化液。 磨削难加工材料，选用极压乳化液或极压切削油 选用极压切削油或极压乳
六.切削液的使用方法
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四.接触峰点的冷焊
• 切削时，刀－屑接触面上的许多峰点都发生了接触、 互相挤压，塑性变形，这在非常短暂的时间内完成，
因而接触峰点表层达到很高的温度，使峰点表层金
属处于软化甚至熔融状态，发生了焊合。
• 高温只存在于蜂点的表层，就整个刀具和切屑而言，
温度并不高，故称这种焊合为冷焊；峰点相互联结
处称为冷焊结。